инають, переходячи на рівень 2. При цьому спектр посилення іонів ербія практично збігається зі спектром поглинання. Якщо кількість іонів, що знаходяться на рівні 2, менше числа іонів, що знаходяться на основному рівні 1, то спостерігається поглинання. Саме тому необхідною умовою посилення світла є створення інверсіїзаселеність між двома робочими рівнями енергії 2 і 1. Для створення інверсіїзаселеність в ербіевого підсилювачі необхідно перевести приблизно половину іонів ербія на метастабільний рівень 2. Потужність накачування оптичного підсилювача, при якій населеність рівнів 1 і 2 рівні , називається порогової потужністю.
Малюнок 23 - спектральна залежність посилення / поглинання ербія
Малюнок 24 - Спектри випромінювання ербія
При потужності накачування нижче порогової спостерігається не посилення, а поглинання світлового сигналу. На малюнку 24 представлені спектри поглинання / підсилення при різних значеннях відносної населеності рівня 2, яка визначається рівнем потужності накачування. Нижня крива, що спостерігається у відсутності накачування (всі частинки знаходяться в основному стані, населеність рівня 2 одно відповідає «негативного посиленню», тобто поглинанню у всьому робочому спектральному діапазоні. По мірі збільшення потужності накачування все більше число активних іонів переходить в збуджений стан . Це призводить, як видно з малюнка 24, спочатку до зменшення коефіцієнта поглинання, а потім до посилення світла. Відзначимо також, що спектр посилення кілька зрушать у довгохвильову область відносно спектра поглинання. Отже, для посилення в довгохвильовій частині спектра потрібна менша значення інверсії. [7]
Спектр поглинання іонів ітербію в ніобіті літію наведений на малюнку 25.
Малюнок 25 - Спектр поглинання іонів ітербія
З малюнку 25 видно, що найбільшим значенням коефіцієнта поглинання володіють переходи на 950 і 980 нм. Значить, що розробляється оптичний резонатор повинен забезпечити прозорість для електромагнітних хвиль даного діапазону. Очікувана довжина хвилі генерації лежить в межах 1530-1560 нм, значить у вихідного дзеркала резонатора коефіцієнт прозорості в цьому діапазоні повинен бути таким, щоб ці втрати покривалися коефіцієнтом посилення в активному середовищі за один прохід. Оскільки коефіцієнт посилення за один прохід з урахуванням складного характеру оптичного накачування прогнозувати точно досить складно, то задамо його при конструюванні дзеркала на рівні 98%.
При накачуванні в смугу поглинання ітербію відбувається поглинання фотонів і передача енергії збудження іонів ербію. Швидкості передачі визначаються параметрами Cdd=5.04 * 10-38 СМ6 / с і Cda=2.69 * 10-40 СМ6 / с, визначених експериментально раніше.
Малюнок 26 - Схема рівнів атомів ербія і ітербію
Для появи позитивного підсилення при накачуванні в смугу 0,978 мкм необхідно забезпечити мінімальну інтенсивність накачування 0,64 кВт/см2. При обліку втрат в резонаторі рівному 2,8% необхідно перевищити цей поріг. Крім того, параметри Cdd і Cda визначають ефективність переносу енергії від збуджених іонів ітербію до іонів ербію. І ефективність цього перенесення в ніобіті літію з ітербієм і ербієм, як і в будь-якому іншому кристалічному з'єднанні значно слабкіше, ніж швидкість...
